试谈建筑钢结构节点设计要点 王志国

发表时间:2020/9/23   来源:《基层建设》2020年第15期   作者:王志国
[导读] 摘要:城市人口的剧增,加快了城市化建设,为了提高土地利用率,高层建筑规模扩大。
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        摘要:城市人口的剧增,加快了城市化建设,为了提高土地利用率,高层建筑规模扩大。而钢结构在高层建筑中保障建筑稳定性的重要方式。在钢结构的使用中,为了进一步保障建筑结构的整体安全性以及稳定性,施工人员应该加强对建筑钢结构的节点分类的分析,并在此基础上明确其设计要点,确保钢结构在高层建筑中的使用能够发挥出更大的价值,促进钢结构在建筑中的应用效果的提升,也确保建筑行业的稳定发展。
        关键词:建筑钢结构;节点;设计要点
        引言
        钢结构具有强度较高、稳定性好以及成本低廉等诸多优势特点,因此,在我国建筑工程中得到了广泛应用。而实现对建筑钢结构节点的优化设计,则能够进一步巩固钢结构的应用优势,全面提升建筑结构质量水平。本研究旨在丰富该领域理论研究的同时,也能够为相关工作人员完成建筑钢结构节点优化设计,提供必要实践指导与帮助。
        1建筑钢结构节点的分类
        1.1钢结构刚性节点
        建筑结构的刚性节点,也就是梁柱构件夹角在结构受力变形的过程中可以保持不变。刚节点能够对剪力以及弯矩进行有效地传递。常见的刚性节点包括框架梁柱连接的节点。
        1.2钢结构半刚性节点
        半刚性节点是处于刚性节点和铰链节点之间,它既能够帮助钢结构塑造形态,还能承受弯矩的力量。半刚性连接介于刚性和柔性连接之间,必须具有一定的抗弯能力。可以有效的增强建筑的抗震能力。它的弯矩能力高于钢结构梁的承载能力。但就现实的施工设计来看,半刚性的节点设计有一定的难度,在现实设计中很少被广泛地应用。一旦设计不当,就会使得钢结构的弹性刚度加大,影响连接各构件的安全,对整个建筑的施工安全和使用安全有一定的危害。
        1.3柱脚节点
        在钢结构的运用中,需要加强对柱脚节点的重视。在很多施工中,施工事故的产生原因都来自于对柱脚节点连接的忽视,在柱脚安装时没有确保其稳定性。柱脚的连接方式有插入与端承两种方式。在实际的建筑施工过程中,钢结构承受的侧向力相对较小,因此,设计人员往往会倾向于采用铰接柱脚的方式,铰接方式具有降低柱脚弯矩且经济合理的优点,同时,在连接过程中能够使用的铰接技术也更加多样。在柱脚节点中运用铰接方式进行连接,可以在柱脚下方设置加劲肋,以确保柱脚在柱底剪力作用下的安全性。
        1.4柔性节点
        在建筑施工中如果遇到跨度较大的斜梁设计,就需要将斜梁进行分段处理,确保斜梁的运输。板节点的连接可以用于处理一些设计不复杂的网架结构的节点。螺丝球节点包括厚壳体、高强度螺丝、垫圈等等,在使用螺丝连接的时候,螺丝需要从球壁壳内向钢管杆件扭动,达到节省销钉、套筒等材料的目的,同时也能够有效降低螺丝球因销钉截面不够大而引起的剪力聚集问题产生的概率。另外,螺丝球节点能够有效增加节点的承重能力。熔接钢管节点在连接中通常采用的是空心圆柱体进行连接,需要将钢管杆件与圆柱体的表面进行熔接。在钢筒高度和直径的确定上,必须要以钢桶的厚度和节点承重能力为基础。熔接钢管节点具有安装便携、能够节省钢材等材料、能够根据实际施工需求而改变钢管使用量等优点,在实际的施工中,可能需要的熔接量更大,所以必须要控制好熔接的变形与节点偏移问题带来的影响。
        2建筑钢结构的设计要点
        2.1分析钢结构的适用性
        在设计建筑结构前要充分分析工程项目的实际情况以及周边情况,以确定该建筑工程是否适合应用钢结构,保证钢结构的适用性,在一些规模较大的车间厂房,以及对于抗震性能的要求比较高的建筑中比较适合适用钢结构。同时设计方案要具有较好的可操作性,并充分考虑施工的成本,为施工单位创造更高的经济利润。


        2.2应注意钢结构的选型
        就目前而言,在建筑过程中常用的钢结构主要有6种,即桁架、网架、膜结构、门式钢架、钢框架、塔桅,在这些钢结构的选择中,要充分结合建筑的实际情况进行选择,例如建筑跨度较大、荷载不大则可选用网架结构。混凝土与SRC柱的结合结构更加适用于对抗震性能要求较大的建筑中。在钢结构的选择上,还需要对建筑施工地点的气候、温度、湿度、地质情况等实际情况加以考量,例如是在雪荷载较大的地区,还需要着重考虑积雪带来的压力,确保建筑的整体载重能力足够承担所有客观环境带来的压力。
        2.3控制建筑钢结构的截面
        建筑钢结构的设计中,除了需要选择钢结构的类型以及体系外,还需要估算构件截面,主要包括对建筑物的梁、柱以及支撑的尺寸以及形状等进行估算。对建筑结构构件的截面进行估算时要重点注意几个要点,即设置并估算钢结构的梁,柱形状、翼缘的大小和宽度,以及支撑的大小。同时应确定建筑构件的截面高度,并估算板件的合理厚度。
        2.4钢结构体系的选择
        通常而言,在建筑高度不高于6层时,结构体系可以采用框架支撑结构体系,在建筑高度高于6层时,结构体系可采用框架剪力墙结构和框架支撑结构体系,当建筑高度极高时,则需要另外考虑。框架结构有钢骨混凝土柱、H型钢柱以及钢骨和钢管混凝土柱,其中,最后一种是由钢骨和钢骨组合而成的框架柱,适用于规模不大的高层建筑,可以有效降低对施工材料的消耗,但如果对抗震性能有一定的要求,则可采用钢结构作为支撑体系。在实际的施工运用过程中,需要根据建筑所在地的实际情况、建筑的特点来对建筑结构体系的选择进行详细的分析,确保结构体系选择的合理性与科学性。
        2.5合理设计钢结构构件
        构件设计是建筑钢结构设计中的重要组成部分,需要重点关注以下几个方面。(1)构件材料的选用在选择构件材料时应合理选择,保证材料性能能够达到设计要求,并符合国家的相关规定。(2)控制构件施工中的焊接以及变形情况为提高钢结构的质量,应根据钢结构的具体结构形式合理设置焊接参数以及坡口大小,对焊接接头要进行严格的检测以及测试,防止钢结构由于焊接热量过高而发生变形。(3)合理选择施工技术,保证施工质量在施工过程中应严格遵守设计方案,并保证施工的质量和水平。
        3其他注意事项
        建筑钢结构本身的钢材变形能力较强,材料有很好的塑造性,能很好的承受建筑的荷载。因此对建筑钢结构自身也要做好设计才能使其性能得到最大程度的发挥。钢结构在建筑中广泛应用,要做好钢结构表面的防腐蚀和防火的防护措施,施工人员可以在钢结构的表面涂特殊化的材料,防止钢材材料生锈和受外部环境的影响。为保证钢结构总体的稳定性能,施工人员在设计时要缩短杆件与节点的距离,采用的材料要满足节点连接的弯度设计,同时要求节点的设计体现刚度和灵活度,以便后续施工。
        结束语
        随着我国经济的快速发展,在现代建筑工程的设计和施工中都将更加广泛地应用钢结构。钢结构具有良好的强度和性能,其在建筑施工中的应用不仅能够有效的提高施工的效率,而且能够提高建筑工程的防震性能,另外其回收也十分便捷,具有良好的环保性。因此钢结构的进一步推广和应用,也将极大地推动我国建筑行业在设计以及施工方面整体水平的提高。因此建筑行业的设计人员以及施工单位要充分掌握钢结构节点分类,并在设计中充分结合建筑的实际情况和设计要点,合理进行结构设计,并保证施工质量,从而充分发挥钢结构在建筑中的作用,全面推动我国建筑行业的发展。
        参考文献:
        [1]韦婉,李晨光.装配式钢结构建筑结构设计在实际工程中的应用[J].工程建设与设计,2020(8):1-2.
        [2]吴杨.合肥某装配式高层钢结构公共建筑设计[J].安徽建筑,2020,27(3):51-52.
        [3]柳晓.试论建筑钢结构节点分类及设计要点[J].居舍,2019(34):128-129.
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